CN108746644A - 一种铜铬触头材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于触头材料制造领域,具体涉及一种铜铬触头材料的制备方法。所述方法步骤如下:先将一部分铜粉作为诱导铜粉与铬粉混合,在真空条件下,球磨得到球磨粉,再加入剩余铜粉,混合均匀,得到混粉;然后将混粉压制成坯,将压坯放入坩埚中,上面放置紫铜片,然后将坩埚放入真空烧结炉中烧结、熔渗,退火后得到一种铜铬触头材料;所述材料中铬的含量为25~50wt%。通过固相烧结和液相渗铜制备出的铜铬触头材料金相组织均匀,Cr颗粒成近球形且尺寸较小,材料致密性好,气体含量低。

Description

一种铜铬触头材料的制备方法
技术领域
本发明属于触头材料制造领域,具体涉及一种铜铬触头材料的制备方法。
背景技术
铜铬触头材料是目前最重要的中压大功率真空开关触头材料之一。目前铜铬触头材料的制备方法以粉末冶金法(包含粉末烧结法和熔渗法)、真空熔铸法为主。但是当前的粉末冶金法容易形成气孔,使触头材料密度低,该工艺制备的触头机械强度低,耐压强度差。真空熔铸法使材料易夹杂熔炼坩埚材质,且材料的抗拉强度高,使得触头抗熔焊性能变差。因此,如何制备得到组织均匀、耐压且抗熔焊的铜铬触头材料具有重要意义。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种铜铬触头的制备方法,所述方法制备得到的铜铬合金材料金相组织均匀,材料致密性好且气体含量低。
为实现上述目的,本发明的技术方案如下:
一种铜铬触头材料的制备方法,所述方法步骤如下:
步骤(1)铜粉和铬粉混合:先将一部分铜粉作为诱导铜粉与铬粉混合,在真空度≤0.06MPa的条件下,球磨6~8小时,得到球磨粉,再加入剩余铜粉,混合均匀,得到混粉;
步骤(2)烧结:将步骤(1)所得的混粉,压制成坯,压坯密度为6.3~6.9g/cm3;将压坯放入坩埚中,上面放置紫铜片,然后将坩埚放入真空烧结炉中烧结,得到烧结物;真空烧结的温度为870~1000摄氏度,烧结时间为5~7小时,真空度高于1×10-1Pa;
步骤(3)熔渗:将步骤(2)所得的烧结物,继续在真空烧结炉中升温熔渗,得到渗铜后的坯料;熔渗温度为1200~1400摄氏度,时间为10~20分钟,真空度高于1×10-1Pa;
步骤(4)退火:将步骤(3)得到的渗铜后的坯料进行真空退火,真空退火温度为600~800摄氏度,时间为7~8小时,得到一种铜铬触头材料;所述材料中铬的含量为25~50wt%。
优选的,所述步骤(1)铬粉的粒径在200微米以下,纯度≥99%,氧含量≤2000ppm,氮含量≤200ppm;铜粉的粒径在200微米以下,纯度≥99.8%。
优选的,所述步骤(1)中铜粉与铬粉的质量比为7:3~3:7。
优选的,所述步骤(1)中铜粉与铬粉的质量比为6:4。
优选的,所述步骤(1)中诱导铜粉的质量为混粉的10%~20%。
优选的,所述步骤(1)中诱导铜粉的质量为混粉的15%。
优选的,所述步骤(2)中的真空烧结的温度为900摄氏度。
优选的,所述步骤(2)中的真空烧结时间为7小时。
优选的,所述步骤(3)中熔渗温度为1400摄氏度。
优选的,所述材料中铬的粒径为20~25μm。
有益效果
本发明所述的一种铜铬触头材料的制备方法,通过固相烧结和液相渗铜制备出的铜铬触头材料金相组织均匀,Cr颗粒近球形且尺寸较小,为20~25μm,且材料致密性好,气体含量低。
本发明所述的一种铜铬触头材料的制备方法,由于所述铜铬触头材料中铜含量≥50wt%,球磨过程会将铜粉变为片状,因此先将一部分铜粉作为诱导铜粉与铬粉在真空条件下球磨,球磨时间为6~8小时,可保证原材料在混合过程中氧含量和氮含量不会增加。随后加入剩余的铜粉,使铜粉填充进铬粉空隙中,诱导铜粉的质量分数为10%~20%(15%最优)可保证熔渗过程铜能充分填充,以此提高了产品的致密度,还可防止压制坯分层。
本发明所述的一种铜铬触头材料的制备方法,在真空烧结炉内进行烧结,烧结温度为870~1000摄氏度,时间5~7小时,Cr在Cu中溶解度极小,两组元的特性能很好的保持,对触头性能非常有利(尤其是在900摄氏度时烧结时间为7小时时性能达到最好)。将前面所得的烧结物,继续在真空烧结炉中升温熔渗,在真空烧结炉的熔渗温度为1200~1400摄氏度,时间为10~20分钟,高温下铜溶液黏度低,毛细作用更加充分,使得渗铜效果好,材料致密度好(熔渗温度在1400摄氏度时效果最好)。
本发明所述的一种铜铬触头材料的制备方法,渗铜后的坯料进行600~800摄氏度的退火,使Cu基体中过饱和的Cr充分沉淀析出,从而获得高的电导率和热导率。
附图说明
图1为本发明实施例1中所述球磨粉透射电子显微镜(TEM)照片。
图2为本发明实施例1中CuCr30触头材料的金相组织照片。
图3为本发明实施例1中CuCr30触头材料的断口微观结构透射电子显微镜(TEM)照片。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
原材料选用200微米以下的铬粉,纯度≥99%;铜粉采用电解铜粉FTD-2,纯度为99.8%,粒度小于200微米;紫铜片采用3mm厚的无氧铜板。
为了除去铬粉表面吸附态的气体元素,对铬粉进行了真空高温处理。温度为1100℃,真空度为1×10-2Pa。
实施例1
先将10克铜粉和40克铬粉,真空条件下,真空度为0.06MPa,球磨7小时,得到球磨粉;再加入50克铜粉与球磨粉混合均匀,得到混粉;将混粉过筛,分散并置于容器中晾干。将所得的混粉在100吨,模具直径为36厘米,压力为340兆帕的四柱液压机上压制5秒成坯;压坯放入石墨坩埚中,上面放置紫铜片,在0.1帕的真空烧结炉中烧结。烧结温度为870摄氏度,时间为5小时;将所得的烧结物,继续在真空烧结炉中升温至1200摄氏度熔渗,时间为10分钟。在600摄氏度下真空退火,时间为7小时,得到一种CuCr30触头材料。
图1为球磨粉TEM照片,球磨粉为颗粒状且混合均匀。图2为CuCr30触头材料的金相组织照片,材料组织均匀、致密且无气孔;Cr颗粒近球形且粒径为20~25μm;对照JB/T7098-2002标准,未出现大于1mm2的富集铬相或富集铜相,是理想的金相组织。图3为CuCr30触头材料的断口微观结构TEM照片,晶界处的铜相紧包覆铬相,晶粒致密。
实施例2
先将15克铜粉和40克铬粉,真空条件下,真空度为0.06MPa,球磨7小时,得到球磨粉;再加入45克铜粉与球磨粉混合均匀,得到混粉;将混粉过筛,分散并置于容器中晾干。将所得的混粉在100吨,模具直径为36厘米,压力为340兆帕的四柱液压机上压制5秒成坯;压坯放入石墨坩埚中,上面放置紫铜片,在0.1帕的真空烧结炉中烧结。烧结温度为870摄氏度,时间为5小时;将所得的烧结物,继续在真空烧结炉中升温至1200摄氏度熔渗,时间为10分钟。在600摄氏度下真空退火,时间为7小时,得到一种CuCr30触头材料。
本实施例中,球磨粉TEM照片、CuCr30触头材料的金相组织照片和CuCr30触头材料的断口微观结构TEM照片的结果与实施例1类似。
实施例3
分别称取20克诱导铜粉和40克铬粉,真空条件下,真空度为0.06MPa,球磨7小时,得到球磨粉;再加入40克铜粉与球磨粉混合均匀,得到混粉;将混粉过筛,分散并置于容器中晾干。将所得的混粉在100吨,模具直径为36厘米,压力为340兆帕的四柱液压机上压制5秒成坯;压坯放入石墨坩埚中,上面放置紫铜片,在0.1帕的真空烧结炉中烧结。烧结温度为870摄氏度,时间为5小时;将所得的烧结物,继续在真空烧结炉中升温至1200摄氏度熔渗,时间为10分钟。在600摄氏度下真空退火,时间为7小时,得到一种CuCr30触头材料。
本实施例中,球磨粉TEM照片、CuCr30触头材料的金相组织照片和CuCr30触头材料的断口微观结构TEM照片的结果与实施例1类似。
实施例4
分别称取15克诱导铜粉和40克铬粉,真空条件下,真空度为0.06MPa,球磨7小时,得到球磨粉;再加入45克铜粉与球磨粉混合均匀,得到混粉;将混粉过筛,分散并置于容器中晾干。将所得的混粉在100吨,模具直径为36厘米,压力为340兆帕的四柱液压机上压制5秒成坯;压坯放入石墨坩埚中,上面放置紫铜片,在0.1帕的真空烧结炉中烧结。烧结温度为1000摄氏度,时间为7小时;将所得的烧结物,继续在真空烧结炉中升温至1200摄氏度熔渗,时间为10分钟。在600摄氏度下真空退火,时间为7小时,得到一种CuCr30触头材料。
本实施例中,球磨粉TEM照片、CuCr30触头材料的金相组织照片和CuCr30触头材料的断口微观结构TEM照片的结果与实施例1类似。
实施例5
分别称取15克诱导铜粉和40克铬粉,真空条件下,真空度为0.06MPa,球磨7小时,得到球磨粉;再加入45克铜粉与球磨粉混合均匀,得到混粉;将混粉过筛,分散并置于容器中晾干。将所得的混粉在100吨,模具直径为36厘米,压力为340兆帕的四柱液压机上压制5秒成坯;压坯放入石墨坩埚中,上面放置紫铜片,在0.1帕的真空烧结炉中烧结。烧结温度为900摄氏度,时间为7小时;将所得的烧结物,继续在真空烧结炉中升温至1200摄氏度熔渗,时间为10分钟。在600摄氏度下真空退火,时间为8小时,得到一种CuCr30触头材料。
本实施例中,球磨粉TEM照片、CuCr30触头材料的金相组织照片和CuCr30触头材料的断口微观结构TEM照片的结果与实施例1类似。
实施例6
分别称取15克诱导铜粉和40克铬粉,真空条件下,真空度为0.06MPa,球磨7小时,得到球磨粉;再加入45克铜粉与球磨粉混合均匀,得到混粉;将混粉过筛,分散并置于容器中晾干。将所得的混粉在100吨,模具直径为36厘米,压力为340兆帕的四柱液压机上压制5秒成坯;压坯放入石墨坩埚中,上面放置紫铜片,在0.001帕的真空烧结炉中烧结。烧结温度为900摄氏度,时间为7小时;将所得的烧结物,继续在真空烧结炉中升温至1400摄氏度熔渗,时间为20分钟。在800摄氏度下真空退火,时间为8小时,得到一种CuCr30触头材料。
本实施例中,球磨粉TEM照片、CuCr30触头材料的金相组织照片和CuCr30触头材料的断口微观结构TEM照片的结果与实施例1类似。
实施例7
分别称取15克诱导铜粉和40克铬粉,真空条件下,真空度为0.06MPa,球磨7小时,得到球磨粉;再加入45克铜粉与球磨粉混合均匀,得到混粉;将混粉过筛,分散并置于容器中晾干。将所得的混粉在100吨,模具直径为36厘米,压力为340兆帕的四柱液压机上压制5秒成坯;压坯放入石墨坩埚中,上面放置无氧铜板,在0.001帕的真空烧结炉中烧结。烧结温度为900摄氏度,时间为7小时;将所得的烧结物,继续在真空烧结炉中升温至1300摄氏度熔渗,时间为15分钟。在700摄氏度下真空退火,时间为7小时,得到一种CuCr30触头材料。
本实施例中,球磨粉TEM照片、CuCr30触头材料的金相组织照片和CuCr30触头材料的断口微观结构TEM照片的结果与实施例1类似。
对实施例1~7所述CuCr30触头材料的理化性能进行测试,结果如表1所示。
表1 CuCr30触头材料的理化性能结果
从表1可以看出,所述方法制备得到的CuCr30触头材料的化学成分、密度、电导率和硬度均满足JB/T7098-2002《铜铬电触头技术条件》标准的要求。
按照GB/T228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》测试得到的材料的抗拉强度在290~308MPa,具有较好的抗熔焊性能。
发明包括但不限于以上实施例,凡是在本发明的精神和原则之下进行的任何等同替换或局部改进,都将视为在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种铜铬触头材料的制备方法,其特征在于:所述方法步骤如下:
步骤(1)铜粉和铬粉混合:先将一部分铜粉作为诱导铜粉与铬粉混合,在真空度≤0.06MPa的条件下,球磨6~8小时,得到球磨粉,再加入剩余铜粉,混合均匀,得到混粉;
步骤(2)烧结:将步骤(1)所得的混粉,压制成坯,压坯密度为6.3~6.9g/cm3;将压坯放入坩埚中,上面放置紫铜片,然后将坩埚放入真空烧结炉中烧结,得到烧结物;真空烧结的温度为870~1000摄氏度,烧结时间为5~7小时,真空度高于1×10-1Pa;
步骤(3)熔渗:将步骤(2)所得的烧结物,继续在真空烧结炉中升温熔渗,得到渗铜后的坯料;熔渗温度为1200~1400摄氏度,时间为10~20分钟,真空度高于1×10-1Pa;
步骤(4)退火:将步骤(3)得到的渗铜后的坯料进行真空退火,真空退火温度为600~800摄氏度,时间为7~8小时,得到一种铜铬触头材料;所述材料中铬的含量为25~50wt%。
2.如权利要求1所述的一种铜铬触头材料的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)铬粉的粒径在200微米以下,纯度≥99%,氧含量≤2000ppm,氮含量≤200ppm;铜粉的粒径在200微米以下,纯度≥99.8%。
3.如权利要求1所述的一种铜铬触头材料的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中铜粉与铬粉的质量比为7:3~3:7。
4.如权利要求1所述的一种铜铬触头材料的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中铜粉与铬粉的质量比为6:4。
5.如权利要求1所述的一种铜铬触头材料的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中诱导铜粉的质量为混粉的10%~20%。
6.如权利要求1所述的一种铜铬触头材料的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中诱导铜粉的质量为混粉的15%。
7.如权利要求1所述的一种铜铬触头材料的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)中的真空烧结的温度为900摄氏度。
8.如权利要求1所述的一种铜铬触头材料的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)中的真空烧结时间为7小时。
9.如权利要求1所述的一种铜铬触头材料的制备方法,其特征在于:所述步骤(3)中熔渗温度为1400摄氏度。
10.如权利要求1所述的一种铜铬触头材料的制备方法,其特征在于:所述材料中铬的粒径为20~25μm。
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